11.4动能和势能
【知识点1】机械能与其他形式的能之间的转化 1
【知识点2】机械能的概念 2
【知识点3】弹性势能的概念 2
【知识点4】重力势能大小与质量的关系 3
【题型1】弹性势能 4
【题型2】动能的概念和大小比较 6
【题型3】重力势能概念和大小比较 7
【题型4】探究影响动能大小的因素 9
【题型5】机械能及其转化 11
【知识点1】机械能与其他形式的能之间的转化
各种形式的能量都可以相互转化．如电能可以转化为光能和内能；太阳能可以转化为电能等．动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式．能量转化过程中一种能量减少，另一种能量增加．
考查机械能转化为其他形式的能，或者是其他形式的能转化为机械能。
例：城市清洁车在水平路面上匀速行驶，在清扫垃圾过程中，能把路面上的垃圾直接装入车厢，不计燃油质量变化，清洁车总的机械能______。汽车在刹车过程中，机械能转化为地面和轮胎的______。
分析：机械能是动能和势能的总和；动能和质量、速度有关；
重力势能和质量、高度有关；
刹车时机械能转化为地面和轮胎的内能。
解析：解：城市清洁车在水平路面上匀速行驶，在清扫垃圾过程中，能把路面上的垃圾直接装入车厢，不计燃油质量变化，动能增加，势能增加，机械能变大，汽车在刹车过程中，机械能转化为地面和轮胎的内能。
故答案为：变大；内能。
点评：本题考查了机械能及能量转化、机械能的概念，属于基础题目。
（1）分析能量转化时，就看什么能量减少了，什么能量增加，总是减少的能量转化为增加的能量．
（2）机械能主要通过做功的方式转化为内能．
【知识点2】机械能的概念
（1）动能和势能之和称为机械能。
动能和势能都属于机械能，动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，动能和势能是机械能的两种表现形式。
（2）大小：物体具有的机械能是指动能和势能的总和。
考查机械能的概念；机械能的大小判断。
例：洒水车匀速洒水过程中，洒水车的（ ）
A.动能不变
B.势能不变
C.机械能变小
D.机械能不变
分析：（1）动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大；
（2）重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大；
（3）机械能=动能+势能。
解析：解：洒水车在平直街道上，高度为零，所以重力势能为零，不变；由于洒水，质量就小，速度不变，所以动能变小；因为机械能=动能+势能，所以机械能变小。
故选：C。
点评：本题考查了动能和重力势能的概念及影响其大小的因素，属于基本内容。在判断动能和重力势能的大小时，要注意看影响动能和重力势能大小的因素怎么变化。
机械能的大小可能是物体的动能与势能的和，可能全部都是物体的动能，也可能全部是物体的势能，在分析机械能的大小时，应该综合考虑动能、重力势能和弹性势能。
【知识点3】弹性势能的概念
①概念：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能．
②影响弹性势能大小的因素：弹性形变程度．同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大．
考查弹性势能的概念，以及判断物体具有弹性势能。。
例：下列物体中具有弹性势能的是（ ）
A.放在桌面上实验用的一根弹簧
B.空中来回摆动的秋千
C.钟表内（机械钟）卷紧的发条
D.上课实验用的橡皮泥
分析：物体由于发生弹性形变而具有的能称为弹性势能，故利用弹性势能的定义，分析出物体具有弹性势能的特征，从而可判定出选择项中提到的物体是否具有弹性势能。
解析：解：A、该选项中只提到了弹簧，而没有说明弹簧是否发生弹性形变，故不能确定其有弹性势能，故该选项错误；
B、空中来回摆动的秋千是动能和重力势能的相互转化，这里没有涉及到弹性势能，故该选项也错误；
C、机械钟表内的发条被卷紧后，其发生了弹性形变，故其具有弹性势能，即该选项正确；
D、上实验课时用的橡皮泥所发生的形变是非弹性形变，其不具有弹性势能，故该选项也错误。
故选：C。
点评：判定物体具有什么形式的机械能，要利用该形式机械能的特征去判定：具有动能的特征是运动；重力势能的特征是举高；弹性势能的特征是发生弹性形变。
判断物体具有什么形式的能应依据动能、重力势能和弹性势能的定义来完成。另外，一个物体可以只具有一种形式的能，也可以同时具有多种形式的能。
【知识点4】重力势能大小与质量的关系
重力势能的大小与物体的质量和高度有关；物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大。
分析高度和质量的变化，来判断重力势能的变化。
例：中国空军最新官宣的运油20以其独特的加油技术领先全球，可携带超过一百吨燃料，同时为多架战机加油。加油机正在给匀速水平飞行的国产歼16战斗机加油，关于加油过程中战斗机的机械能，下列说法正确的是（ ）
A.动能不变，重力势能不变
B.动能不变，重力势能增大
C.动能增大，重力势能不变
D.动能增大，重力势能增大
分析：（1）动能的大小取决于物体的质量和运动的速度；
（2）物体的重力势能取决于物体的质量和高度。
解析：解：加油过程中，战斗机的质量变大，速度不变，高度不变，动能增大，重力势能增大。
故选：D。
点评：本题考查了动能和重力势能的影响因素，属于典型题。
解题的关键是判断物体高度和质量的变化。
【题型1】弹性势能
【典型例题】我国的古诗词中蕴含着诸多物理知识，下列诗句说明物体具有弹性势能的是( )
A.会挽雕弓如满月
B.飞流直下三千尺
C.春风十里扬州路
D.黄河远上白云间
【举一反三1】人拉弓射箭时，下列说法中正确的是( )
A.放在张紧了的弓上的箭，具有弹性势能
B.弓被拉得越弯，人的弹性势能越大
C.弓把箭射出去的过程中，箭的弹性势能增加
D.弓把箭射出去的过程中，弓的弹性势能减少
【举一反三2】势能： 势能和弹性势能是常见的两种势能。
①物体由于受到 并处在一定高度时所具有的能，叫作重力势能。
②物体由于发生 变而具有的能叫作弹性势能。
【举一反三3】小华用图甲装置探究“弹性势能的大小与物体的弹性形变程度是否有关”，将一根弹簧和一金属球套在固定于铁架台上足够长的金属杆AB上，用手向下压球使弹簧压缩，然后放手，实验过程记录小球距底座的高度h随时间t变化的图像如图乙所示。
(1)压缩的弹簧可以将小球向上弹起，说明发生弹性形变的物体具有 ；
(2)实验时每次将弹簧压缩 (选填“相同”或“不同”)的长度，分析比较 从而比较弹性势能的大小；
(3)小球在 (选填“0”、“t1”、“t2”或“t3”)时刻动能最大。
【举一反三4】为了探究“弹性势能的大小与物体的弹性形变大小的关系”，小明用图标装置进行实验，B处为弹簧的原长位置。在水平桌面上，压缩弹簧后由静止释放小球甲，使小球甲撞击同一纸盒，并与纸盒一起向右滑行。撞击前纸盒均位于B点右侧同一位置，忽略小球碰撞时的能量损失。
(1)小明每次应将弹簧压缩 (选填“相同”或“不同”)的长度，再释放小球甲，通过比较各次实验中 ，从而判断弹簧弹性势能的大小；
(2)每次实验中，小球甲和纸盒克服摩擦力做功 (选填“相同”或“不同”)；
(3)图示实验中，将小球自A处由静止释放，最终小球和纸盒一起静止于C处，此过程中小球动能最大的位置在
(之间/B点/之间)；
(4)在完成实验后，小明又找来一个品质更大的小球乙，用两小球在同一水平面上分别压缩同一根弹簧至相同位置后释放撞击同一纸盒，得到甲、乙球与纸盒一起移动的距离分别为和，则和的大小关系为 。
【题型2】动能的概念和大小比较
【典型例题】金色的田野，麦浪翻滚，机械轰鸣，大型联合收割机和装载车并肩作业，收割、脱粒、装车同步完成，若两车工作时保持不变的速度前进，则关于装载车的动能分析正确的是( )
A.装载车的动能不变
B.装载车的动能变小
C.装载车的动能变大
D.无法判断装载车的动能变化
【举一反三1】下列物体具有动能的是( )
A.停在草坪上的球
B.挂在墙上的画
C.飞翔的小鸟
D.拉长的橡皮筋
【举一反三2】航天员桂海潮乘坐神舟十六号飞船在加速升空过程中他的质量 动能 。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
【举一反三3】如图所示是在武汉市疫情防控期间，消毒车为街道喷洒消毒液的情景。请结合你所学物理知识，回答下列问题：
(1)消毒车匀速行驶时，动能如何变化？
(2)空气中会长时间弥漫消毒液的气味是一种什么现象，原因是 。
【举一反三4】神舟载人飞船返回地面时减速下降，此过程飞船动能 (选填“增加”“减小”或“不变”，下同)，机械能 ，飞船相对地面 (选填“运动”或“静止”)
【题型3】重力势能概念和大小比较
【典型例题】有些事实能够说明发生弹性形变的物体具有能量，有些事实能够说明被举高的物体具有能量，下列选项能够表明被举高的物体具有能量的是( )
A.打桩机能将桩打入地下
B.人被形变的撑杆弹起来
C.人被弯曲的跳板弹起来
D.箭被拉开的弓射出去
【举一反三1】民法典规定：禁止从建筑物中抛掷物品，高空抛物存在巨大的安全隐患，是因为高处的物体具有较大的( )
A.重力
B.弹性势能
C.动能
D.重力势能
【举一反三2】如图所示是乒乓球在水平地面连续弹跳时的运动轨迹，以下说法正确的是( )
A.乒乓球的机械能在整个过程始终不变
B.乒乓球的弹跳方向为从右向左
C.乒乓球在最高点处于平衡状态
D.乒乓球在同一高度的重力势能相同
【举一反三3】松花江上的丰满水电站大坝高94.5m。大坝使上游的水位升高，提高水的( )
A.内能
B.重力势能
C.弹性势能
D.动能
【举一反三4】生命安全高于一切，下列警示标志中主要为了防止物体的重力势能造成危害的是( )
A.
B.
C.
D.
【举一反三5】在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定 时所具有的能，叫作重力势能；物体的质量越 ，位置越 ，它具有的重力势能就越大。
【举一反三6】箱式电梯是一种以电动机驱动的垂直升降机，用于高层建筑乘人或运载货物。假设早上的上班高峰，电梯从一楼开始上升时里面有很多乘客，在到达顶层的过程中有乘客在不同楼层陆续离开电梯、但始终没有再上新的乘客，则在电梯由一楼上升至顶层的过程中：电梯自身的重力势能将 (选填“变大”“变小”或“保持不变”)；作为一种特殊的运载机械，这一过程中其机械效率将 (选填“提高”“降低”或“保持不变”)。
【举一反三7】箱式电梯是一种以电动机驱动的垂直升降机，用于高层建筑乘人或运载货物。假设早上的上班高峰，电梯从一楼开始上升时里面有很多乘客，在到达顶层的过程中有乘客在不同楼层陆续离开电梯、但始终没有再上新的乘客，则在电梯由一楼上升至顶层的过程中：电梯自身的重力势能将 (选填“变大”“变小”或“保持不变”)；作为一种特殊的运载机械，这一过程中其机械效率将 (选填“提高”“降低”或“保持不变”)。
【举一反三8】在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定 时所具有的能，叫作重力势能；物体的质量越 ，位置越 ，它具有的重力势能就越大。
【题型4】探究影响动能大小的因素
【典型例题】实验：探究物体的动能跟哪些因素有关
【举一反三1】某实验小组探究物体的动能大小跟哪些因素有关。
(1)在同一段高速公路，小明发现对小型客车限速120km/h，而对大型货车限速却是90km/h，由此可以猜想动能大小可能与 有关；在校园里对车辆限速低至5km/h，由此可以猜想，动能大小可能与 有关；
(2)如图所示，用品质不同的两个小钢球m和M(M的质量大于m)，分别从不同的高度h和H(H>h)由静止开始滚下，分别测出木块B被撞击后移动的距离，结果是s3>s1>s2，实验中是通过木块移动的距离反映 (选填“木块”或“钢球”)的动能大小；
(3)对比甲、乙两图可得出的结论是： ；
(4)要探究动能大小与物体质量的关系，应选用 两图，由题中 的信息可以得出“速度一定时，物体质量越大动能越大”的结论；
(5)该小组同学在实验中发现，当小钢球在一定高度释放时，往往会将木块撞出木板右端，对此现象，请你写出一条改进措施： 。
【举一反三2】如图所示是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置示意图。
(1)该实验装置要探究的是物体动能的大小与物体 的关系(物体A、B质量不变)；
(2)该实验中所探究物体的动能是指物体 (选填“A”或“B”)的动能；
(3)该实验物体动能的大小是通过 来反映的；
(4)该实验物体的速度是指物体A从斜面上由静止滚下与物体B即将碰撞时的速度，它是通过 (选填“高度”或“质量”)来改变的；
(5)实验表明，同一物体A从斜面高处滚下，高度越大，物体B被撞得越远，可得结论：当物体 相同时，物体的 越大，动能越大；
(6)若要研究物体动能与质量的关系，则需不同质量的物体从斜面 高度由静止滚下，并观察记录。
【举一反三3】小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关“的实验中，所用钢球质量m＜M，分别从图中的位置由静止释放(h＜H)
(1)实验中，小明是通过 来比较铜球动能大小的，这种研究方法是 (选填“控制变量法”或“转换法”)。
(2)木块被钢球撞出一段距离后停了下来，这是因为木块受到 的作用；若水平面是光滑且足够长的，木块被撞后将做 (选填“匀速”或“变速”)直线运动。
(3)根据甲、丙两次实验， (选填“能”或“不能”)得出结论：物体的动能大小与质量有关，原因是 。
(4)汽车行驶过程中为了保证安全，需要限速，能说明这一原因的是 两次实验，原因是：当质量一定时，
越大，物体的动能越大。
【题型5】机械能及其转化
【典型例题】单手肩上投篮是篮球投球得分的基本技术，如图所示是小亮在水平地面练习此技术的情景，下列说法正确的是( )
A.图甲，小亮举球静止时，球没有惯性
B.图乙，小亮用手向上推球时，手对球的推力大于球对手的压力
C.图丙，小亮用手将球向上推出的过程中球的重力势能增大
D.图丁，篮球离开手上升的过程中，若所有力全部消失，球将保持静止
【举一反三1】如图是冬奥委会单板滑雪的赛道，运动员在助滑区从起点A由静止开始加速下滑到最低点B的过程中，他的( )
A.重力势能增大，动能减小
B.重力势能增大，动能增大
C.重力势能减小，动能减小
D.重力势能减小，动能增大
【举一反三2】2025年2月8日，第九届亚冬会自由式滑雪女子U型场技巧赛，中国选手李方慧以95.25分的绝对优势夺得首金。图甲为滑雪U型场的比赛场地，图乙为该场地的横截面的示意图。比赛时，运动员从A点滑下，经U型雪道从B点竖直向上飞出并完成动作，然后又从B点返回U型雪道。下列关于该运动叙述正确的是( )
A.在B点上方冲击到最高点时，动能最大
B.从空中的最高点下落的过程中机械能逐渐增大
C.从A点加速下滑的过程中动能越来越小
D.从A点加速下滑的过程中重力势能越来越小
【举一反三3】《天工开物》中记载“凡河滨有制铜车者，堰陂障流，绕于车下，激轮使转，挽水入简，一倾于视(引水的竹、木管子)内，流入亩中。”其描述的是筒车(如图甲所示)这样一种以水流为动力来取水的机械，模型如图乙。若筒车转速度不变且从取水处至倒水处(水未流出时)，则在此过程中，关于取水筒内的水，下列说法正确的是( )
A.在取水处时动能最大
B.在倒水处重力势能最小
C.机械能一直在增大
D.动能转化为重力势能
【举一反三4】中国航天跻身世界第一方阵，人造卫星对推动国民经济、国防建设做出了积极贡献。图中卫星沿椭圆轨道绕地球运行。卫星由远地点向近地点运行时，发生的能量转化是 。在此过程中，卫星的速度 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【举一反三5】2024年9月25日，中国人民解放军向太平洋相关公海海域成功发射一发洲际弹道导弹，如图所示。导弹发射时产生的白雾是水蒸气 (填物态变化的名称)形成的；在导弹加速上升的过程中(不计燃料损失)，导弹的机械能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【举一反三6】中国航天跻身世界第一方阵，人造卫星对推动国民经济、国防建设做出了积极贡献。图中卫星沿椭圆轨道绕地球运行。卫星由远地点向近地点运行时，发生的能量转化是 。在此过程中，卫星的速度 (选填“增大”“减小”或“不变”)。11.4动能和势能
【知识点1】机械能与其他形式的能之间的转化 1
【知识点2】机械能的概念 2
【知识点3】弹性势能的概念 2
【知识点4】重力势能大小与质量的关系 3
【题型1】弹性势能 4
【题型2】动能的概念和大小比较 7
【题型3】重力势能概念和大小比较 9
【题型4】探究影响动能大小的因素 13
【题型5】机械能及其转化 17
【知识点1】机械能与其他形式的能之间的转化
各种形式的能量都可以相互转化．如电能可以转化为光能和内能；太阳能可以转化为电能等．动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式．能量转化过程中一种能量减少，另一种能量增加．
考查机械能转化为其他形式的能，或者是其他形式的能转化为机械能。
例：城市清洁车在水平路面上匀速行驶，在清扫垃圾过程中，能把路面上的垃圾直接装入车厢，不计燃油质量变化，清洁车总的机械能______。汽车在刹车过程中，机械能转化为地面和轮胎的______。
分析：机械能是动能和势能的总和；动能和质量、速度有关；
重力势能和质量、高度有关；
刹车时机械能转化为地面和轮胎的内能。
解析：解：城市清洁车在水平路面上匀速行驶，在清扫垃圾过程中，能把路面上的垃圾直接装入车厢，不计燃油质量变化，动能增加，势能增加，机械能变大，汽车在刹车过程中，机械能转化为地面和轮胎的内能。
故答案为：变大；内能。
点评：本题考查了机械能及能量转化、机械能的概念，属于基础题目。
（1）分析能量转化时，就看什么能量减少了，什么能量增加，总是减少的能量转化为增加的能量．
（2）机械能主要通过做功的方式转化为内能．
【知识点2】机械能的概念
（1）动能和势能之和称为机械能。
动能和势能都属于机械能，动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，动能和势能是机械能的两种表现形式。
（2）大小：物体具有的机械能是指动能和势能的总和。
考查机械能的概念；机械能的大小判断。
例：洒水车匀速洒水过程中，洒水车的（ ）
A.动能不变
B.势能不变
C.机械能变小
D.机械能不变
分析：（1）动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大；
（2）重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大；
（3）机械能=动能+势能。
解析：解：洒水车在平直街道上，高度为零，所以重力势能为零，不变；由于洒水，质量就小，速度不变，所以动能变小；因为机械能=动能+势能，所以机械能变小。
故选：C。
点评：本题考查了动能和重力势能的概念及影响其大小的因素，属于基本内容。在判断动能和重力势能的大小时，要注意看影响动能和重力势能大小的因素怎么变化。
机械能的大小可能是物体的动能与势能的和，可能全部都是物体的动能，也可能全部是物体的势能，在分析机械能的大小时，应该综合考虑动能、重力势能和弹性势能。
【知识点3】弹性势能的概念
①概念：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能．
②影响弹性势能大小的因素：弹性形变程度．同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大．
考查弹性势能的概念，以及判断物体具有弹性势能。。
例：下列物体中具有弹性势能的是（ ）
A.放在桌面上实验用的一根弹簧
B.空中来回摆动的秋千
C.钟表内（机械钟）卷紧的发条
D.上课实验用的橡皮泥
分析：物体由于发生弹性形变而具有的能称为弹性势能，故利用弹性势能的定义，分析出物体具有弹性势能的特征，从而可判定出选择项中提到的物体是否具有弹性势能。
解析：解：A、该选项中只提到了弹簧，而没有说明弹簧是否发生弹性形变，故不能确定其有弹性势能，故该选项错误；
B、空中来回摆动的秋千是动能和重力势能的相互转化，这里没有涉及到弹性势能，故该选项也错误；
C、机械钟表内的发条被卷紧后，其发生了弹性形变，故其具有弹性势能，即该选项正确；
D、上实验课时用的橡皮泥所发生的形变是非弹性形变，其不具有弹性势能，故该选项也错误。
故选：C。
点评：判定物体具有什么形式的机械能，要利用该形式机械能的特征去判定：具有动能的特征是运动；重力势能的特征是举高；弹性势能的特征是发生弹性形变。
判断物体具有什么形式的能应依据动能、重力势能和弹性势能的定义来完成。另外，一个物体可以只具有一种形式的能，也可以同时具有多种形式的能。
【知识点4】重力势能大小与质量的关系
重力势能的大小与物体的质量和高度有关；物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大。
分析高度和质量的变化，来判断重力势能的变化。
例：中国空军最新官宣的运油20以其独特的加油技术领先全球，可携带超过一百吨燃料，同时为多架战机加油。加油机正在给匀速水平飞行的国产歼16战斗机加油，关于加油过程中战斗机的机械能，下列说法正确的是（ ）
A.动能不变，重力势能不变
B.动能不变，重力势能增大
C.动能增大，重力势能不变
D.动能增大，重力势能增大
分析：（1）动能的大小取决于物体的质量和运动的速度；
（2）物体的重力势能取决于物体的质量和高度。
解析：解：加油过程中，战斗机的质量变大，速度不变，高度不变，动能增大，重力势能增大。
故选：D。
点评：本题考查了动能和重力势能的影响因素，属于典型题。
解题的关键是判断物体高度和质量的变化。
【题型1】弹性势能
【典型例题】我国的古诗词中蕴含着诸多物理知识，下列诗句说明物体具有弹性势能的是( )
A.会挽雕弓如满月
B.飞流直下三千尺
C.春风十里扬州路
D.黄河远上白云间
【答案】A
【解析】“会挽雕弓如满月”，这句诗描述的是把雕弓拉弯成满月的形状。在这个过程中，雕弓发生了弹性形变，因此具有弹性势能。故A符合题意；
“飞流直下三千尺”，这句诗描述的是瀑布从高处直落的景象。这里主要体现的是重力势能转化为动能的过程，与弹性势能无关。故B不符合题意；
“春风十里扬州路”，这句诗描述的是春风拂过扬州十里长路的情景。这里并没有涉及到物体的弹性形变，因此与弹性势能无关。故C不符合题意；
“黄河远上白云间”，这句诗描述的是黄河水远远流上白云之间的壮丽景象。这里主要体现的是黄河水的高度，与重力势能有关，但与弹性势能无关。故D不符合题意。
【举一反三1】人拉弓射箭时，下列说法中正确的是( )
A.放在张紧了的弓上的箭，具有弹性势能
B.弓被拉得越弯，人的弹性势能越大
C.弓把箭射出去的过程中，箭的弹性势能增加
D.弓把箭射出去的过程中，弓的弹性势能减少
【答案】D
【解析】弹性势能是指发生弹性形变的物体自身具有的一种能量，这种能量跟其他物体无关。因为弓发生了弹性形变，所以弓具有弹性势能。弹性势能跟弹性形变的程度有关，弓拉得越弯，弓的弹性势能越大，与人和箭无关，故AB错误；
弓把箭射出去的过程中，弓的弹性形变程度变小，弹性势能减少，箭的速度变大，动能增加，将弓的弹性势能转化为箭的动能，故C错误，D正确。
【举一反三2】势能： 势能和弹性势能是常见的两种势能。
①物体由于受到 并处在一定高度时所具有的能，叫作重力势能。
②物体由于发生 变而具有的能叫作弹性势能。
【答案】重力 ①重力 ②弹性形
【解析】机械能包括动能和势能；物体由于运动而具有的能量叫动能；重力势能和弹性势能是常见的两种势能；物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能叫重力势能，物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能。
【举一反三3】小华用图甲装置探究“弹性势能的大小与物体的弹性形变程度是否有关”，将一根弹簧和一金属球套在固定于铁架台上足够长的金属杆AB上，用手向下压球使弹簧压缩，然后放手，实验过程记录小球距底座的高度h随时间t变化的图像如图乙所示。
(1)压缩的弹簧可以将小球向上弹起，说明发生弹性形变的物体具有 ；
(2)实验时每次将弹簧压缩 (选填“相同”或“不同”)的长度，分析比较 从而比较弹性势能的大小；
(3)小球在 (选填“0”、“t1”、“t2”或“t3”)时刻动能最大。
【答案】(1)弹性势能 (2)不同 小球第一次弹起的高度 (3)t1
【解析】(1)压缩后的弹簧可以将小球竖直向上弹起，说明发生弹性形变的物体具有弹性势能。
(2)弹簧的压缩程度不相同，则弹簧具有的弹性势能不相同，在此过程中通过小球上升高度，反映出弹簧的弹性势能大小；小球离开弹簧后可以继续向上运动，但是小球每一次反弹的高度逐渐变小，因此实验时每次将弹簧压缩不同的长度，分析比较小球第一次弹起的高度，从而比较弹簧弹性势能的大小。
(3)小球离开弹簧后可以继续向上运动，但是小球每一次反弹的高度逐渐变小，因为有空气阻力，在此过程中小球的机械能转化为内能，小球在运动过程中机械能不断减小，而t1、t2、t3时刻的高度相同，重力势能相同，所以小球的动能最大时是在t1时刻，0时刻小球的动能为0。
【举一反三4】为了探究“弹性势能的大小与物体的弹性形变大小的关系”，小明用图标装置进行实验，B处为弹簧的原长位置。在水平桌面上，压缩弹簧后由静止释放小球甲，使小球甲撞击同一纸盒，并与纸盒一起向右滑行。撞击前纸盒均位于B点右侧同一位置，忽略小球碰撞时的能量损失。
(1)小明每次应将弹簧压缩 (选填“相同”或“不同”)的长度，再释放小球甲，通过比较各次实验中 ，从而判断弹簧弹性势能的大小；
(2)每次实验中，小球甲和纸盒克服摩擦力做功 (选填“相同”或“不同”)；
(3)图示实验中，将小球自A处由静止释放，最终小球和纸盒一起静止于C处，此过程中小球动能最大的位置在
(之间/B点/之间)；
(4)在完成实验后，小明又找来一个品质更大的小球乙，用两小球在同一水平面上分别压缩同一根弹簧至相同位置后释放撞击同一纸盒，得到甲、乙球与纸盒一起移动的距离分别为和，则和的大小关系为 。
【答案】(1)不同 纸盒移动的距离 (2)不同 (3)之间 (4)
【解析】(1)小明每次应将弹簧压缩不同的长度，再释放小球，松开后小球碰到同一位置的相同纸盒上，小球推动纸盒前进，小球的动能越大，纸盒被推动的距离越远，因此比较纸盒被推动距离的大小，可以比较弹性势能的大小。
(2)由于小球和纸盒运动的距离不同，根据W=Fs可知，克服摩擦力做功不同。
(3)将小球自A处由静止释放，小球在AB之间运动时水平方向受弹力和摩擦力作用，动能最大点应是速度最大的时候，即弹力与摩擦力相等的时候，故应在AB之间。
(4)因为压缩同一根弹簧至相同位置，所以弹簧的弹性势能相同，离开弹簧后小球具有的动能相同，且小球的动能全部转化为推动纸盒所做的功，两次小球推动纸盒所做的功相同，即s1=s2。
【题型2】动能的概念和大小比较
【典型例题】金色的田野，麦浪翻滚，机械轰鸣，大型联合收割机和装载车并肩作业，收割、脱粒、装车同步完成，若两车工作时保持不变的速度前进，则关于装载车的动能分析正确的是( )
A.装载车的动能不变
B.装载车的动能变小
C.装载车的动能变大
D.无法判断装载车的动能变化
【答案】C
【解析】装载车匀速运动的过程中，速度不变，但质量增加，因此装载车的动能增加，故C符合题意，A、B、D不符合题意。
【举一反三1】下列物体具有动能的是( )
A.停在草坪上的球
B.挂在墙上的画
C.飞翔的小鸟
D.拉长的橡皮筋
【答案】C
【解析】停在草坪上的球处于静止状态，不具有动能，故A不符合题意；
挂在墙上的画处于静止状态，不具有动能，故B不符合题意；
飞翔的小鸟由于运动具有动能，故C符合题意；
拉长的橡皮筋处于静止状态，不具有动能，故D不符合题意。
【举一反三2】航天员桂海潮乘坐神舟十六号飞船在加速升空过程中他的质量 动能 。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
【答案】不变 增大
【解析】质量是物体本身的一种属性，与物体的位置无关，故航天员升空的过程中其质量不变。
航天员升空的过程中，其质量不变， 速度变大，故其动能增大。
【举一反三3】如图所示是在武汉市疫情防控期间，消毒车为街道喷洒消毒液的情景。请结合你所学物理知识，回答下列问题：
(1)消毒车匀速行驶时，动能如何变化？
(2)空气中会长时间弥漫消毒液的气味是一种什么现象，原因是 。
【答案】(1)见解析 (2)见解析
【解析】(1)消毒车匀速行驶时，速度不变，但随着喷洒消毒液，消毒车和消毒液的总质量减小，所以消毒车的动能减小。
(2)喷洒消毒液后，空气中会长时间弥漫消毒液的气味，这是消毒液分子无规则运动到了空气中，是扩散现象。
【举一反三4】神舟载人飞船返回地面时减速下降，此过程飞船动能 (选填“增加”“减小”或“不变”，下同)，机械能 ，飞船相对地面 (选填“运动”或“静止”)
【答案】减小 减小 运动
【解析】返回舱减速下降过程中，质量不变，速度减小，所以动能减小。
质量不变，高度降低，所以势能减小，所以它的机械能将减小。
飞船相对地面的位置改变，所以飞船相对地面是运动的。
【题型3】重力势能概念和大小比较
【典型例题】有些事实能够说明发生弹性形变的物体具有能量，有些事实能够说明被举高的物体具有能量，下列选项能够表明被举高的物体具有能量的是( )
A.打桩机能将桩打入地下
B.人被形变的撑杆弹起来
C.人被弯曲的跳板弹起来
D.箭被拉开的弓射出去
【答案】A
【解析】打桩机使用时，先高高举起，打桩机能将桩打入地下，说明被举高的打桩机具有能量，故A符合题意；
人被形变的撑杆弹起来，此时的撑杆发生弹性形变，说明发生弹性形变的物体具有能量，故B不符合题意；
人被弯曲的跳板弹起来，此时的跳板发生弹性形变，说明发生弹性形变的物体具有能量，故C不符合题意；
箭被拉开的弓射出去，此时的弓发生弹性形变，说明发生弹性形变的物体具有能量，故D不符合题意，
【举一反三1】民法典规定：禁止从建筑物中抛掷物品，高空抛物存在巨大的安全隐患，是因为高处的物体具有较大的( )
A.重力
B.弹性势能
C.动能
D.重力势能
【答案】D
【解析】由题意可知，高空抛物现象之所以存在巨大的安全隐患，是因为物体被举高后具有了重力势能，而且物体的质量越大、高度越高，重力势能越大，因此高空抛物会造成很大的危害，故ABC不符合题意，D符合题意。
【举一反三2】如图所示是乒乓球在水平地面连续弹跳时的运动轨迹，以下说法正确的是( )
A.乒乓球的机械能在整个过程始终不变
B.乒乓球的弹跳方向为从右向左
C.乒乓球在最高点处于平衡状态
D.乒乓球在同一高度的重力势能相同
【答案】D
【解析】乒乓球在弹跳过程中要克服阻力做功，部分机械能转化为内能，所以机械能减小，乒乓球弹跳过程中弹跳高度会逐渐减小，所以弹跳方向由左向右，故A、B错误；
乒乓球在最高点时，受到重力作用，不是平衡状态，故C错误；
重力势能的大小与高度和质量有关，乒乓球的质量不变，在同一高度的重力势能相同，故D正确。
【举一反三3】松花江上的丰满水电站大坝高94.5m。大坝使上游的水位升高，提高水的( )
A.内能
B.重力势能
C.弹性势能
D.动能
【答案】B
【解析】大坝使上游的水位升高，相同多的水质量不变，重心高度变大，提高了水的重力势能，故B符合题意，A、C、D不符合题意。
【举一反三4】生命安全高于一切，下列警示标志中主要为了防止物体的重力势能造成危害的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】禁止鸣笛是减弱噪声的危害，故A不符合题意；
减速慢行是防止物体由于惯性带来的危害，故B不符合题意；
吸烟时房间内满是烟味儿，人能闻到烟味儿说明分子在不停地做无规则运动，故C不符合题意；
高处的物体的质量一定，但物体所处的高度高，其具有的重力势能大，落到地面时对别的物体做的功多，造成的伤害大，所以要禁止从建筑物中抛掷物品，故D符合题意。
【举一反三5】在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定 时所具有的能，叫作重力势能；物体的质量越 ，位置越 ，它具有的重力势能就越大。
【答案】高度 大 高
【解析】重力势能是指物体由于受到重力并处于一定高度时所具有的能。
重力势能与物体的质量和所处的高度有关，质量越大，位置高，具有的重力势能越大。
【举一反三6】箱式电梯是一种以电动机驱动的垂直升降机，用于高层建筑乘人或运载货物。假设早上的上班高峰，电梯从一楼开始上升时里面有很多乘客，在到达顶层的过程中有乘客在不同楼层陆续离开电梯、但始终没有再上新的乘客，则在电梯由一楼上升至顶层的过程中：电梯自身的重力势能将 (选填“变大”“变小”或“保持不变”)；作为一种特殊的运载机械，这一过程中其机械效率将 (选填“提高”“降低”或“保持不变”)。
【答案】变大 降低
【解析】电梯由一楼上升至顶层的过程中，电梯自身的质量不变，由于高度增加，则电梯自身的重力势能将变大。
电梯上升过程中，克服乘客重力做功为有用功，克服电梯自身重做功为额外功，额外功一定，根据电梯的效率，乘客减少，重力减小，有用功减小，电梯效率会逐渐降低。
【举一反三7】箱式电梯是一种以电动机驱动的垂直升降机，用于高层建筑乘人或运载货物。假设早上的上班高峰，电梯从一楼开始上升时里面有很多乘客，在到达顶层的过程中有乘客在不同楼层陆续离开电梯、但始终没有再上新的乘客，则在电梯由一楼上升至顶层的过程中：电梯自身的重力势能将 (选填“变大”“变小”或“保持不变”)；作为一种特殊的运载机械，这一过程中其机械效率将 (选填“提高”“降低”或“保持不变”)。
【答案】变大 降低
【解析】电梯由一楼上升至顶层的过程中，电梯自身的质量不变，由于高度增加，则电梯自身的重力势能将变大。
电梯上升过程中，克服乘客重力做功为有用功，克服电梯自身重做功为额外功，额外功一定，根据电梯的效率，乘客减少，重力减小，有用功减小，电梯效率会逐渐降低。
【举一反三8】在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定 时所具有的能，叫作重力势能；物体的质量越 ，位置越 ，它具有的重力势能就越大。
【答案】高度 大 高
【解析】重力势能是指物体由于受到重力并处于一定高度时所具有的能。
重力势能与物体的质量和所处的高度有关，质量越大，位置高，具有的重力势能越大。
【题型4】探究影响动能大小的因素
【典型例题】实验：探究物体的动能跟哪些因素有关
【答案】3大 4大 5质量 速度 速度
【解析】根据控制变量法，探究动能与速度关系时，要控制质量相同，应选择甲、乙两图实验进行比较。让同一钢球从斜面不同高度释放 ，图乙钢球的高度较高，到达水平面速度较大，撞击木块后木块运动距离较远，说明在质量相同时，物体速度越大，动能越大 。
探究动能与质量关系时，控制速度相同，应选择乙、丙两图实验进行比较。让不同品质钢球从斜面同一高度释放，图丙钢球品质较大，钢球撞击木块后，木块运动距离较远，表明在速度相同时，物体质量越大，动能越大 。
由上述探究可知，物体的动能与质量和速度有关。超速是速度超过规定值，模拟研究时要控制质量不变；超载是质量超过规定值，模拟研究时控制速度不变 。从动能公式可知，动能与速度的平方成正比，与质量成正比，所以速度对物体动能影响更大。
【举一反三1】某实验小组探究物体的动能大小跟哪些因素有关。
(1)在同一段高速公路，小明发现对小型客车限速120km/h，而对大型货车限速却是90km/h，由此可以猜想动能大小可能与 有关；在校园里对车辆限速低至5km/h，由此可以猜想，动能大小可能与 有关；
(2)如图所示，用品质不同的两个小钢球m和M(M的质量大于m)，分别从不同的高度h和H(H>h)由静止开始滚下，分别测出木块B被撞击后移动的距离，结果是s3>s1>s2，实验中是通过木块移动的距离反映 (选填“木块”或“钢球”)的动能大小；
(3)对比甲、乙两图可得出的结论是： ；
(4)要探究动能大小与物体质量的关系，应选用 两图，由题中 的信息可以得出“速度一定时，物体质量越大动能越大”的结论；
(5)该小组同学在实验中发现，当小钢球在一定高度释放时，往往会将木块撞出木板右端，对此现象，请你写出一条改进措施： 。
【答案】(1)质量 速度 (2)钢球 (3)质量一定时，速度越大，动能越大 (4)乙、丙 s3>s2
(5)可以换用质量更小的小球(或降低释放小球的高度，或增大木块的品质)
【解析】(1)对小型客车限速120km/h，而对大型货车限速却是90km/h，小客车与大货车的质量不同，限速不同，说明能动能大小可能与物体质量有关。
在校园里对车辆限速低至5km/h，同一物体，质量不变时，对速度有要求，说明动能与速度有关。
(2)实验中，通过木块移动的距离大小来反映钢球动能大小，用到了转换法。
(3)对比甲、乙两图，钢球的质量相同，而滚下的高度不同，到达水平面的速度不同，探究动能与速度的关系，由木块移动的距离，甲中钢球从斜面上滚下的高度更高，到达水平面的速度更大，木块移动的距离更远，可得：质量一定时，速度越大，动能越大。
(4)要探究动能大小与物体质量的关系，需控制物体速度不变，改变物体质量，故应该选乙、丙两图。
由木块移动的距离s3>s2可知，速度一定时，物体质量越大动能越大。
(5)当小钢球在一定高度释放时，往往会将木块撞出木板右端，说明钢球动能太大，可以换用质量更小的小球(或降低释放小球的高度，或增大木块的品质)。
【举一反三2】如图所示是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置示意图。
(1)该实验装置要探究的是物体动能的大小与物体 的关系(物体A、B质量不变)；
(2)该实验中所探究物体的动能是指物体 (选填“A”或“B”)的动能；
(3)该实验物体动能的大小是通过 来反映的；
(4)该实验物体的速度是指物体A从斜面上由静止滚下与物体B即将碰撞时的速度，它是通过 (选填“高度”或“质量”)来改变的；
(5)实验表明，同一物体A从斜面高处滚下，高度越大，物体B被撞得越远，可得结论：当物体 相同时，物体的 越大，动能越大；
(6)若要研究物体动能与质量的关系，则需不同质量的物体从斜面 高度由静止滚下，并观察记录。
【答案】(1)速度 (2)A (3)B被撞的距离大小 (4)高度 (5)质量 速度 (6)相同
【解析】(1)动能的大小与物体的质量和速度都有关，由于这一实验中只有一个物体A从斜面上滑下，质量不能改变，通过改变物体A最初的高度，可以改变其达到水平面的速度，所以本实验要探究的是物体动能的大小与物体速度的关系。
(2)该实验研究的主体是物体A，研究的是物体A的动能。
(3)该实验物体动能的大小是通过物体B被撞开的距离大小反映的，B被撞的越远，说明小球的动能越大，这里采用了转换法。
(4)该实验物体的速度是指物体A从斜面上静止滚下与物体B即将碰撞时的速度，这个速度是通过改变小球A在斜面上的高度实现的，小球A的高度越高，到达水平面的速度越大。
(5)同一物体A从斜面高处滚下，高度越大，到达水平面的速度越大，物体B被撞得越远，说明动能越大，可得结论为：当物体质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
(6)为了研究物体动能与物体质量的关系，实验中多次让不同质量的物体从斜面同一高度上静止滚下时，控制了小球的速度相同，应改变物体A的质量。
【举一反三3】小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关“的实验中，所用钢球质量m＜M，分别从图中的位置由静止释放(h＜H)
(1)实验中，小明是通过 来比较铜球动能大小的，这种研究方法是 (选填“控制变量法”或“转换法”)。
(2)木块被钢球撞出一段距离后停了下来，这是因为木块受到 的作用；若水平面是光滑且足够长的，木块被撞后将做 (选填“匀速”或“变速”)直线运动。
(3)根据甲、丙两次实验， (选填“能”或“不能”)得出结论：物体的动能大小与质量有关，原因是 。
(4)汽车行驶过程中为了保证安全，需要限速，能说明这一原因的是 两次实验，原因是：当质量一定时，
越大，物体的动能越大。
【答案】(1)木块移动的距离 转换法 (2) 阻力 匀速
(3)不能 没有控制速度相同 (4)甲、乙 速度
【解析】(1)铜球动能大小无法通过肉眼直接看出，实验中，小明是通过木块移动的距离来比较铜球动能大小的，木块移动的距离越远，铜球动能越大，这种研究方法是转换法。
(2)力可以改变物体的运动作用，木块被钢球撞出一段距离后停了下来，这是因为木块受到摩擦力的作用。
若水平面是光滑且足够长的，木块被撞后，水平方向受到的合力为0，木块的运动状态不会改变，将做匀速直线运动。
(3)根据甲、丙两次实验，木块的品质与下滑高度均不同，则木块到达水平面的速度不变，没有控制速度相同，故不能得出结论：物体的动能大小与质量有关。
(4)汽车行驶过程中为了保证安全，需要限速，原因是：当质量一定时，速度越大，物体的动能越大；甲乙实验控制钢球的质量相同，钢球下滑的高度不同，钢球到达水平面的速度不同，甲乙两实验能说明这一原因。
【题型5】机械能及其转化
【典型例题】单手肩上投篮是篮球投球得分的基本技术，如图所示是小亮在水平地面练习此技术的情景，下列说法正确的是( )
A.图甲，小亮举球静止时，球没有惯性
B.图乙，小亮用手向上推球时，手对球的推力大于球对手的压力
C.图丙，小亮用手将球向上推出的过程中球的重力势能增大
D.图丁，篮球离开手上升的过程中，若所有力全部消失，球将保持静止
【答案】C
【解析】惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性，故A错误；
小亮用手向上推球时，手对球的推力与球对手的压力是一对相互作用力，其大小相等，故B错误；
小亮用手将球向上推出的过程中，球的质量不变，高度升高，重力势能增大，故C正确；
篮球离开手上升的过程中，是运动的。根据牛顿第一定律，一切物体不受力时将保持原有运动状态不变，故篮球离开手上升的过程中，若所有力全部消失，球将做匀速直线运动，故D错误。
【举一反三1】如图是冬奥委会单板滑雪的赛道，运动员在助滑区从起点A由静止开始加速下滑到最低点B的过程中，他的( )
A.重力势能增大，动能减小
B.重力势能增大，动能增大
C.重力势能减小，动能减小
D.重力势能减小，动能增大
【答案】D
【解析】运动员在助滑区从起点A由静止开始加速下滑到最低点B的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小，速度增加，动能增加，故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
【举一反三2】2025年2月8日，第九届亚冬会自由式滑雪女子U型场技巧赛，中国选手李方慧以95.25分的绝对优势夺得首金。图甲为滑雪U型场的比赛场地，图乙为该场地的横截面的示意图。比赛时，运动员从A点滑下，经U型雪道从B点竖直向上飞出并完成动作，然后又从B点返回U型雪道。下列关于该运动叙述正确的是( )
A.在B点上方冲击到最高点时，动能最大
B.从空中的最高点下落的过程中机械能逐渐增大
C.从A点加速下滑的过程中动能越来越小
D.从A点加速下滑的过程中重力势能越来越小
【答案】D
【解析】在B点上方冲击到最高点时，速度最小，动能最小，故A错误；
从空中的最高点下落的过程中动能增大，重力势能减小，因为受空气阻力的作用，所以机械能减小，故B错误；
从A点加速下滑的过程中速度增大，动能增大，故C错误；
从A点加速下滑的过程中高度减小所以重力势能越来越小，故D正确。
【举一反三3】《天工开物》中记载“凡河滨有制铜车者，堰陂障流，绕于车下，激轮使转，挽水入简，一倾于视(引水的竹、木管子)内，流入亩中。”其描述的是筒车(如图甲所示)这样一种以水流为动力来取水的机械，模型如图乙。若筒车转速度不变且从取水处至倒水处(水未流出时)，则在此过程中，关于取水筒内的水，下列说法正确的是( )
A.在取水处时动能最大
B.在倒水处重力势能最小
C.机械能一直在增大
D.动能转化为重力势能
【答案】C
【解析】从取水处至倒水处，取水筒内的水的速度和质量不变，动能不变，故A错误；
取水筒内的水，在倒水处时高度最大，重力势能最大，故B错误；
取水筒内的水，从取水处到倒水处，动能不变，重力势能增大，总的机械能一直增大，故C正确；
取水筒内的水，从取水处到倒水处，动能不变，重力势能增大，所以不是动能转化为重力势能，故D错误。
故选C。
【举一反三4】中国航天跻身世界第一方阵，人造卫星对推动国民经济、国防建设做出了积极贡献。图中卫星沿椭圆轨道绕地球运行。卫星由远地点向近地点运行时，发生的能量转化是 。在此过程中，卫星的速度 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】重力势能转化为动能 增大
【解析】卫星由远地点向近地点运行时，相当于从高处落向地面，此过程中质量不变，高度降低，所以重力势能减小，速度越来越快，动能逐渐增大，重力势能转化为动能。
【举一反三5】2024年9月25日，中国人民解放军向太平洋相关公海海域成功发射一发洲际弹道导弹，如图所示。导弹发射时产生的白雾是水蒸气 (填物态变化的名称)形成的；在导弹加速上升的过程中(不计燃料损失)，导弹的机械能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】液化 增大
【解析】点火升空时，发射台周围出现大量的“白雾”，是汽化的水蒸气又遇冷液化成的水珠。
导弹在加速升空时，导弹的质量不变，速度增大，动能增大，高度变大，重力势能增大，可知导弹的机械能增大。
【举一反三6】中国航天跻身世界第一方阵，人造卫星对推动国民经济、国防建设做出了积极贡献。图中卫星沿椭圆轨道绕地球运行。卫星由远地点向近地点运行时，发生的能量转化是 。在此过程中，卫星的速度 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】重力势能转化为动能 增大
【解析】卫星由远地点向近地点运行时，相当于从高处落向地面，此过程中质量不变，高度降低，所以重力势能减小，速度越来越快，动能逐渐增大，重力势能转化为动能。
